0 引言
1 压裂基础实验
1.1 矿物成分
表1 铝土岩矿物成分统计Table 1 Mineral composition of the bauxite rock |
岩性 | Al2O3/% | 井号 | 深度 /m | 水铝石 /% | 石英 /% | (钾/斜长石) /% | 锐钛矿 /% | 电气石 /% | 石盐金红石黄铁矿勃姆石/% | 黏土矿物 /% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
铝土岩 | >75 | L58 | 4 046.08 | 77.2 | / | / | 2.5 | 6.7 | 1.6 | 12 |
4 047.08 | 80.5 | / | / | 2.5 | 4.6 | 2.4 | 10 | |||
HT2 | 4 606.2 | 78.7 | 1.1 | 0.8 | / | / | / | 19.4 | ||
4 607.74 | 78.2 | 0.4 | 0.6 | / | / | / | 20.8 | |||
4 607.65 | 85.4 | 0.6 | 0.5 | / | / | / | 13.5 | |||
4 607.68 | 90.2 | 0.8 | 0.2 | / | / | / | 8.8 | |||
4 607.71 | 83.2 | 0.3 | 0.4 | / | / | / | 16.1 | |||
HT1 | 4 459.14 | 76.9 | 0.6 | / | 2 | / | 3.7 | 14.9 | ||
泥质铝土岩 | 50~75 | L58 | 4 047.35 | 72 | / | / | 2.8 | 5.2 | 4 | 16 |
HT2 | 4 603~4 609 | 56.9 | / | / | / | / | 4.3 | 38.8 | ||
铝土质泥岩 | 25~50 | HT2 | 4 601.48 | 31 | 39 | / | 1 | / | 2 | 27 |
物模露头 | 41.4 | 18 | 11.8 | / | / | / | 28.8 |
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表2 铝土岩分类Table 2 Category table of the bauxite rock |
分类 | 岩性 | 水铝石/% | 黏土矿物 | 钾/% |
---|---|---|---|---|
Ⅰ类 | 铝土岩 | >75 | 高岭石 | <1 |
Ⅱ类 | 泥质铝土岩 | 50~75 | 少量高岭石 | 1.0~2.0 |
Ⅲ类 | 铝土质泥岩 | 20~50 | 伊利石 | >2.0 |
表3 铝土岩与常规储层矿物含量对比Table 3 Mineral composition comparison of the bauxite rock and conventional reservoir |
岩性 | 代表井 | 层位 | 主要矿物成分占比/% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Al2O3 | SiO2 | 白云石 | 钾长石长石 | 绿泥石高岭石 | 伊利石伊/蒙间层 | |||
铝土岩 | HT2 | 太原组 | 87.1 | 0.1 | / | / | 0.1~2.4 | 1.1~3.5 |
砂岩 | L43 | 山1 | / | 63.7 | / | / | 0.5~3.5 | / |
碳酸盐岩 | L54 | 马五5 | / | / | 80.6 | / | / | 2.0~17.1 |
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1.2 岩石力学性质与地应力
表4 铝土岩岩石力学测试结果统计Table 4 Rock mechanics parameters of the bauxite rock series |
岩性 | 抗压实验测试 | 抗拉实验测试 | 断裂韧性测试 | 地应力测试 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
围压 /MPa | 抗压强度 /MPa | 杨氏模量 /GPa | 泊松比 | 抗拉强度 /MPa | 脆性指数 | KIC /(MPa·m0.5) | σh/MPa | σH/MPa | σv/MPa | |
铝 土 岩 | 40 | 103.41 (71.7~153.5) 4组 | 19.81 (3.2~35.26) 4组 | 0.32 (0.24~0.37) 4组 | 1.85 (1.6~2.1) 2组 | 0.36 (0.36~0.37) 2组 | 0.3 (0.18~0.45) 6组 | 53.35 (52.9~53.8)2组 | 61 (60.4~61.6)2组 | 83.2 (83.0~83.4)2组 |
40 | 358.96 (314.1~403.8) 2组 | 44.49 (43.4~45.5) 2组 | 0.141 (0.155~0.161) 2组 | / | / | / | / | / | / | |
46 | 232.88 (167.4~272.8) 4组 | 35.49(29.3~39.4) 4组 | 0.141(0.10~0.16) 4组 | 10.37 (8.3~12.3) 4组 | 0.6 (0.58~0.61) 4组 | 1.259 1组 | 71.17 1组 | 79.82 1组 | 91.76 1组 | |
铝土质泥岩 | 30 | 130.52 (122.9~135.2) 3组 | 36.67(32.1~39.4) 3组 | 0.387(0.35~0.46) 3组 | 2.07 (1.9~2.2) 3组 | 0.55 (0.52~0.57) 3组 | 0.88 (0.63~1.87) 6组 | 54.45 (53.7~55.2)2组 | 70.4 (69.4~71.4)2组 | 84.9 (84.6~85.2)2组 |
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表5 铝土岩取心岩石单三轴压缩实验结果Table 5 The bauxite rock triaxial compression experiments results |
编号 | 井号 | 深度/m | 取心方向/(°) | 直径/mm | 长度/mm | 围压/MPa | 抗压强度/MPa | 弹性模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1-1 | L98 | 4 469.67 | 0 | 24.06 | 51.84 | 44 | 179.64 | 34.34 | 0.213 |
1-2 | L98 | 4 469.64 | 45 | 24.27 | 49.47 | 44 | 268.23 | 43.43 | 0.186 |
1-3 | L98 | 4 469.61 | 90 | 24.22 | 52.52 | 44 | 172.49 | 30.11 | 0.202 |
1-4 | L98 | 4 469.55 | 垂向 | 24.19 | 51.79 | 44 | 221.20 | 40.84 | 0.263 |
1-5 | L98 | 4 469.54 | 水平 | 24.24 | 51.83 | 0 | 44.66 | 20.49 | 0.094 |
2-1 | HT2 | 4 607.74 | 0 | 24.77 | 52.84 | 46 | 167.39 | 23.91 | 0.080 |
2-2 | HT2 | 4 607.65 | 45 | 24.76 | 45.96 | 46 | 249.52 | 36.14 | 0.141 |
2-3 | HT2 | 4 607.68 | 90 | 24.83 | 51.80 | 46 | 272.82 | 39.42 | 0.158 |
2-4 | HT2 | 4 607.71 | 垂向 | 24.77 | 45.60 | 46 | 241.80 | 37.08 | 0.162 |
2-5 | HT2 | 4 606.69 | 水平 | 24.94 | 52.42 | 0 | 21.25 | 19.05 | 0.158 |
1.3 裂缝扩展实验
1.4 支撑剂嵌入裂缝导流能力
表6 铝土岩导流能力测试实验方案Table 6 Conductivity capacity experiment parameters of the bauxite rock |
实验编号 | 井号 | 深度/m | 岩性 | 排量/(mL/min) | 最大闭合压力/MPa | 置入方式 | 铺砂密度/(kg/m2) | 支撑剂粒径/目 | 是否酸化 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1# | HT2 | 4 606.23 | 铝土岩 | 8 | 70 | 静态置入 | 5 | 40/70 | 否 |
2# | HT2 | 4 606.31 | 铝土岩 | 8 | 70 | 静态置入 | 5 | 70/110 | 否 |
图4 不同闭合压力下铝土岩导流能力Fig.4 Conductivity in different closure pressure of the bauxite rock |
图5 不同闭合压力下铝土岩支撑剂嵌入深度Fig.5 Proppant embedment depth in different closure pressure of the bauxite rock |
图6 不同支撑剂粒径下铝土岩导流能力Fig.6 Conductivity in different proppant size of the bauxite rock |
1.5 储层伤害
1.5.1 水敏伤害
表7 铝土岩岩心水敏伤害实验结果Table 7 Water sensitivity damage experiments results of the bauxite rock |
岩性 | 岩心 | 盐水(模拟地层水)渗透率K 1 /(10-3 μm2) | 临界盐度点前各点渗透率的平均值 /(10-3 μm2) | 清水驱替渗透率K /(10-3 μm2) | 水敏指数 (IW) | 水敏程度 |
---|---|---|---|---|---|---|
铝土质 泥岩 | L81(1) | 1.470 | 0.920 | 0.240 | 73.8 | 强水敏 |
L81(1) | 1.646 | 1.020 | 0.150 | 85.2 | 强水敏 | |
L65 | 2.603 | 1.985 | 0.314 | 77.6 | 强水敏 |
1.5.2 水锁伤害
表8 铝土岩岩心水锁伤害实验结果Table 8 Water locking damage experiments results of the bauxite rock |
层位 | 样品不含水的渗透率(K g) /(10-3 μm2) | 样品水锁伤害后的渗透率(K w) /(10-3 μm2) | 水锁伤害率(D w) /% | 水锁伤害程度 |
---|---|---|---|---|
铝土质泥岩 | 0.001 716 | 0.001 116 | 34.9 | 中等偏弱 |
0.001 711 | 0.001 059 | 38.1 | 中等偏弱 | |
0.001 736 | 0.001 109 | 36.1 | 中等偏弱 |
1.5.3 固相伤害
表9 铝土岩岩心固相伤害实验结果Table 9 Solid damage experiments results of the bauxite rock |
岩性 | 岩心 | 盐水驱初始渗透率(K 0) /(10-3 μm2) | 0.1%聚合物稠化剂渗透率(K 1) /(10-3 μm2) | 0.3%聚合物稠化剂渗透率(K 2) /(10-3 μm2) | 渗透率保留率 /% |
---|---|---|---|---|---|
泥质 铝土岩 | HT2 (1) | 2.601 2 | 1.034 3 | / | 39.76 |
HT2 (2) | 2.450 7 | / | 1.112 5 | 45.39 | |
铝土质 泥岩 | L58(1) | 0.338 6 | 0.105 2 | / | 31.07 |
L58 (2) | 0.588 3 | / | 0.439 8 | 74.76 |
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1.5.4 应力敏感性
表10 铝土岩应力敏感性实验结果Table 10 Stress sensitivity experiments results of the bauxite rock |
压力/MPa | 实验前孔隙体积/% | 实验后孔隙体积变化/% |
---|---|---|
2 | 93.47 | 6.53 |
5 | 92.49 | 0.98 |
10 | 91.05 | 1.44 |
15 | 88.32 | 2.72 |
20 | 87.93 | 0.39 |
25 | 84.73 | 3.20 |
2 压裂关键技术及工艺参数
2.1 完井方式
2.2 压裂工艺及参数
2.3 现场应用效果
2.4 排液工艺及措施
表11 铝土岩改造参数Table 11 Simulation parameters of the bauxite rock |
岩性 | 铝土岩 | 泥质铝土岩、铝土质泥岩 | |
---|---|---|---|
压裂提产思路 | 低伤害滑溜水压裂 | 高压强加砂压裂 | |
关键参数优化 | 注入方式 | 勘探井:采用7"+2-3/8"油套环空注入 甩开评价井:采用5-1/2"套管注入 | |
射孔方式 | 大孔径深穿透复合射孔 | ||
压裂液 | 强抑制变黏滑溜水 | 高黏胍胶 | |
支撑剂 | 40/70+70/140目组合陶粒 (86 MPa破碎率≤10%) | 40/70+70/140目组合陶粒 (103 MPa破碎率≤10%) | |
加砂量/m3 | 30~60 | 20~50 | |
排量/(m3/min) | 8~10 | 6~10 | |
液量/m3 | 800~1 200 | 600~800 |
3 结论
(2)不同类型铝土岩储层伤害主控因素主要包括水锁伤害、水敏伤害及固相伤害,应力敏感性中偏弱。伤害主控因素影响程度排序为:水锁伤害≈水敏伤害>固相伤害>>应力敏感。